(11) Número de Publicação: PT 104948 (51) Classificação Internacional: E21D 9/14 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: 2010.01.25 (30) Prioridade(s): 2011.03.22 1 PT 2011.11.30 2 PT (73) Titular(es): SILVINO POMPEU SANTOS RUA CARMELITAS, Nº 21, 3º A 1600-419 LISBOA PT (72) Inventor(es): (43) Data de publicação do pedido: 2012.02.23 SILVINO POMPEU SANTOS (74) Mandatário: PT (54) Epígrafe: TÚNEL EM VALA INVERTIDA UNIVERSAL (57) Resumo: O TÚNEL EM VALA INVERTIDA UNIVERSAL É UM TÚNEL DO TIPO CUT-ANDCOVER EXECUTADO PELO MÉTODO TOP-DOWN EM TERRENO PERMEÁVEL IMERSO (1), EM ZONAS SÍSMICAS, CUJAS PAREDES LATERAIS (3) SÃO PROLONGADAS VERTICALMENTE, EM INTERVALOS REGULARES, ATRAVÉS DE ELEMENTOS EXTENSORES (4), RESISTENTES À COMPRESSÃO E À TRACÇÃO, E PROVIDOS DE GRANDE FLEXIBILIDADE HORIZONTAL E DUCTILIDADE SÍSMICA, OS QUAIS SÃO ANCORADOS NO TERRENO INFERIOR (2), DE MODO A IMPEDIR A FLUTUAÇÃO DO TÚNEL, BEM COMO PERMITIR ACOMPANHAR OS MOVIMENTOS DO TÚNEL E DO TERRENO ENVOLVENTE (1), DURANTE UM SISMO. INFERIORMENTE À LAJE DE FUNDO (7), O TÚNEL DISPÕE DE UM TAMPÃO (5), EM CALDA DE CIMENTO INJECTADA, EXECUTADO ENTRE AS SUAS PAREDES LATERAIS (3), DE MODO A PERMITIR A ESCAVAÇÃO DO TERRENO E A EXECUÇÃO DA LAJE DE FUNDO (7), A SECO. AS PAREDES LATERAIS (3) DISPÕEM DE PAINÉIS DE FORRO INTERIOR (8), EM BETÃO ARMADO MOLDADO NO LOCAL, DE MODO A FORMAR COM A LAJE DE COBERTURA (6) E A LAJE DE FUNDO (7) UM TUBO PRISMÁTICO CONTÍNUO, COM DUCTILIDADE SOB A ACÇÃO DOS SISMOS.
RESUMO TÚNEL EM VALA INVERTIDA UNIVERSAL O túnel em vala invertida universal é um túnel do tipo cut-andcover executado pelo método top-down em terreno permeável imerso (1), em zonas sísmicas, cujas paredes laterais (3) são prolongadas verticalmente, em intervalos regulares, através de elementos extensores (4), resistentes à compressão e à tracção, e providos de grande flexibilidade horizontal e ductilidade sísmica, os quais são ancorados no terreno inferior (2), de modo a impedir a flutuação do túnel, bem como permitir acompanhar os movimentos do túnel e do terreno envolvente (1), durante um sismo. Inferiormente à laje de fundo (7), o túnel dispõe de um tampão (5), em calda de cimento injectada, executado entre as suas paredes laterais (3), de modo a permitir a escavação do terreno e a execução da laje de fundo (7), a seco. As paredes laterais (3) dispõem de painéis de forro interior (8), em betão armado moldado no local, de modo a formar com a laje de cobertura (6) e a laje de fundo (7) um tubo prismático contínuo, com ductilidade sob a acção dos sismos. Lisboa, 30 de Novembro de 2011 1/1
DESCRIÇÃO TÚNEL EM VALA INVERTIDA UNIVERSAL A técnica anterior Os túneis em vala invertida (túneis do tipo cut-and-cover, executados pelo método top-down ) são, hoje em dia, a solução mais comum para a construção de túneis superficiais, particularmente de túneis rodoviários e ferroviários. Na solução convencional dos túneis deste tipo, executam-se inicialmente as paredes laterais, através de técnica apropriada, a que se segue a execução da laje de cobertura, usando o próprio terreno como apoio da cofragem inferior. Seguidamente procede-se à escavação do terreno, a que se segue a execução da laje de fundo do túnel, se for necessária. A solução funciona bem quando o terreno onde o túnel é construído não tem água e não há sismos. No caso de o túnel ser construído em terreno permeável imerso, a solução em geral não funciona, já que o túnel fica inundado, a não ser que se faça o rebaixamento do nível freático em volta do túnel, o que é, em geral, complicado e, por vezes, mesmo impossível de realizar. Por outro lado, mesmo que seja possível realizar a escavação, o túnel terá tendência a flutuar, devido à impulsão da água circundante, a menos que se faça a ancoragem da laje de fundo ao terreno inferior. Uma solução também por vezes adoptada, consiste em prolongar as paredes laterais do túnel, no seu todo, até ao terreno denso inferior de modo a eliminar a impulsão da água na laje de fundo, mas, por vezes, isto não é possível, já que fica impedida a circulação da água na zona envolvente do túnel. No caso de o túnel ser construído numa zona sísmica há ainda o problema de garantir a capacidade de deformação horizontal do túnel devido aos movimentos do terreno durante um sismo. O documento DE4302986A1 descreve um túnel do tipo cut-andcover, executado pelo método top-down, mas as paredes laterais não são ancoradas no terreno inferior. 1/3
O documento JP2009209642A descreve um método de construção de um túnel em que a escavação avança adensando o terreno através de injecções de calda de cimento na frente da escavação. O documento U. S. Department of Transportation Federal Highway Administration. Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels - Civil Elements, de Dezembro de 2009, descreve a construção de túneis pela técnica cut-andcover, mas não prevê soluções especificas para túneis em zonas sísmicas. Domínio técnico da invenção O presente invento constitui uma solução inovadora para a construção de túneis em vala invertida, quando os referidos túneis são executados em terreno permeável imerso, em zonas sísmicas, permitindo, por um lado, realizar a escavação a seco, sem necessidade de rebaixar o nível freático ou de ancorar a laje de fundo, ou de prolongar as paredes laterais no seu todo, e, por outro, conferir ao túnel a resistência e a ductilidade necessárias durante um sismo. Descrição das figuras A figura 1 mostra a perspectiva esquemática do túnel. A figura 2 mostra a secção transversal do túnel. A figura 3 mostra a secção longitudinal do túnel. A figura 4 mostra a planta do túnel, ao nível da laje de fundo. Descrição pormenorizada da invenção O túnel em vala invertida universal é formado por uma galeria simples, ou por várias galerias, adjacentes ou sobrepostas. A construção do túnel inicia-se pela execução das paredes laterais (3), no terreno envolvente (1), podendo ser usadas diferentes técnicas, designadamente, estacas ou paredes moldadas de betão, ou estacas-pranchas metálicas cravadas no terreno. As paredes laterais (3) são prolongadas verticalmente, em intervalos regulares, através de elementos extensores (4), resistentes à compressão e à tracção, e providos de grande flexibilidade 2/3
horizontal e ductilidade sísmica, os quais são ancorados no terreno inferior (2), de modo a impedir a flutuação do túnel por efeito da impulsão da água, bem como permitir os movimentos horizontais do túnel e do terreno envolvente (1) durante um sismo. Os elementos extensores (4) poderão ser realizados através de estacas de betão, providas de varões longitudinais em aço de alta ductilidade, confinados através de varões enrolados em torno daqueles varões. Após a execução das paredes laterais (3), executa-se um tampão (5) entre essas paredes, inferiormente ao nível da laje de fundo (7), através de injecções de calda de cimento ( jet-grouting ), realizadas a partir da superfície do terreno (1), de modo a impermeabilizar a camada de terreno subjacente ao túnel. Seguidamente executa-se a laje de cobertura (6), ao nível da superfície do terreno (1), usando o próprio terreno como apoio da cofragem inferior, sendo os bordos dessa laje (6) ligados aos topos das paredes laterais (3), de modo a realizar o seu travamento horizontal. Após a bombagem da água contida no interior do túnel, procede-se à escavação do terreno existente entre a laje de cobertura (6), as paredes laterais (3) e o tampão (5). Essa escavação processase, assim, a seco, sendo realizada por troços sucessivos. Após a escavação de um troço executa-se a laje de fundo (7) nesse troço, betonando contra o tampão (5) inferior e ligando os bordos da laje às paredes laterais (3) do túnel. No caso de o túnel ser formado por células sobrepostas, a escavação poderá ser realizada por fases, sendo inicialmente realizada apenas até ao nível da laje intermédia, a qual será também executada usando o próprio terreno como apoio da cofragem inferior, conforme referido para a laje de cobertura. Procede-se seguidamente à execução dos painéis de forro interior (8) das paredes exteriores (3), em betão moldado no local, usando essas paredes como cofragem exterior, em que os referidos painéis são providos de varões longitudinais em aço de alta ductilidade, confinados através de varões transversais, de modo a formar com a laje de cobertura (6) e a laje de fundo (7) um tubo prismático contínuo, com ductilidade horizontal sob a acção dos sismos. Lisboa, 30 de Novembro de 2011 3/3
REIVINDICAÇÕES 1. Túnel em vala invertida caracterizado por as paredes laterais (3) serem prolongadas verticalmente, em intervalos regulares, através de elementos extensores (4), resistentes à compressão e à tracção, e com grande flexibilidade horizontal e ductilidade sísmica, os quais são ancorados no terreno inferior (2). 2. Túnel em vala invertida de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os elementos extensores (4) serem constituídos por estacas de betão, providas de varões longitudinais em aço de alta ductilidade, confinados através de varões enrolados em torno daqueles varões. 3. Túnel em vala invertida de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dispor de um tampão (5), em calda de cimento injectada, executado entre as paredes laterais (3), inferiormente à laje de fundo (7). 4. Túnel em vala invertida de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as paredes laterais (3) disporem de painéis de forro interior (8), em betão moldado no local, de modo a formar com a laje de cobertura (6) e a laje de fundo (7) um tubo prismático contínuo, com ductilidade horizontal sob a acção dos sismos. 5. Túnel em vala invertida de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado por os painéis de forro interior (8) serem providos de varões longitudinais em aço de alta ductilidade, confinados através de varões transversais. Lisboa, 30 de Novembro de 2011 1/1
FIGURAS TÚNEL EM VALA INVERTIDA UNIVERSAL Figura 1 Figura 2 1/2
Figura 3 Figura 4 2/2